静电纺丝拉伸模型与实验

利用珠链纤维模型对静电场作用下聚合物溶液的纺丝拉伸过程进行模拟,通过计算纺丝过程中聚合物射流细度随时间的动态变化,可得到不同工艺条件下所纺纤维的直径。为了验证模型的可行性,采用聚乙烯醇溶液进行静电纺丝实验,初步探讨纤维细度与接收距离之间的关系。实验结果表明,当接收距离在14-40 cm范围内,纤维直径随接收距离的增加有逐渐变细的趋势。通过与模拟结果的对比可以看出,在接收距离小于30 cm时,实验数据和模拟结果吻合较好。

基于非牛顿流体本构方程的熔喷纤维直径预测

为从理论上精确预测熔喷纤维的直径并揭示其成纤机制,立足于拉格朗日方法的熔喷珠链模型,引入PTT、UCM、Giesekus和Rouse-Zimm这4种非牛顿流体本构方程,分别预测了纤维在气流场中的受力与直径变化。结果表明:采用不同的非牛顿流体本构方程计算获得的纤维黏弹力不同,由此导致模拟结果具有明显差异;纤维的最终直径受到内外应力差和凝固点位置的影响,内外应力差越大,纤维细化速度越快,凝固点距离喷丝孔越远,纤维具有更加充分的空间拉伸,更容易产生较细的纤维;采用UCM非牛顿流体本构方程模拟获得的纤维最粗,而采用Giesekus非牛顿流体本构方程模拟获得的纤维最细;采用Giesekus非牛顿流体本构方程的珠链模型获得的预测结果与实验结果更相符。